Οι επιστήμονες εντόπισαν μια απίστευτη ποσότητα μιας σπάνιας εκδοχής του ηλίου, που ονομάζεται ήλιο-3, σε ηφαιστειακά πετρώματα στο νησί Μπάφιν του Καναδά, κάτι που ενισχύει τη θεωρία ότι το ευγενές αέριο διαρρέει από τον πυρήνα της Γης και μάλιστα, εδώ και χιλιετίες.
Η ερευνητική ομάδα εντόπισε επίσης ήλιο-4 μέσα στα πετρώματα.
Ενώ το ήλιο-4 είναι κοινό στη Γη, το ήλιο-3 συναντάται ευκολότερα αλλού στο σύμπαν, γι′ αυτό και οι επιστήμονες εξεπλάγησαν όταν εντόπισαν μεγαλύτερη ποσότητα του στοιχείου από ό,τι είχε αναφερθεί προηγουμένως από τα πετρώματα στο νησί Μπάφιν. Μια μελέτη που περιγράφει την ανακάλυψη δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Nature.
«Στο πιο βασικό επίπεδο, υπάρχει λίγο 3He (ήλιο-3) στο σύμπαν σε σύγκριση με το 4He (ήλιο-4)», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Φόρεστ Χόρτον, αναπληρωτής επιστήμονας στο τμήμα γεωλογίας και γεωφυσικής στο Woods Hole Oceanographic Institution».
«Το 3He είναι σπάνιο στη Γη επειδή δεν έχει παραχθεί ή προστεθεί στον πλανήτη σε σημαντικές ποσότητες και χάνεται στο διάστημα», πρόσθεσε ο Χόρτον. «Καθώς το βραχώδες τμήμα της Γης αναδεύεται και συστέλλεται όπως το καυτό νερό σε μια εστία, τα υλικά ανεβαίνουν, ψύχονται και βυθίζονται.
Κατά το στάδιο της ψύξης, το ήλιο χάνεται στην ατμόσφαιρα και στη συνέχεια στο διάστημα». .
Η ανίχνευση στοιχείων που διαρρέουν από τον πυρήνα της Γης μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να ξεκλειδώσουν γνώσεις σχετικά με το πώς σχηματίστηκε και εξελίχθηκε ο πλανήτης μας με την πάροδο του χρόνου και τα νέα ευρήματα παρέχουν στοιχεία που ενισχύουν μια υπάρχουσα υπόθεση για το πώς δημιουργήθηκε ο πλανήτης μας.
Τα «μυστικά» στα ηφαιστειακά πετρώματα της νήσου Μπάφιν
Το νησί Μπάφιν είναι το μεγαλύτερο νησί του Καναδά και επίσης το πέμπτο μεγαλύτερο νησί στον κόσμο.
Μια υψηλή αναλογία ηλίου-3 σε σχέση με το ήλιο-4 εντοπίστηκε για πρώτη φορά στα ηφαιστειακά πετρώματα της νήσου Μπάφιν από την Solveigh Lass-Evans στο πλαίσιο των διδακτορικών της σπουδών υπό την επίβλεψη του επιστήμονα Finlay Stuart του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου. Τα ευρήματά τους δημοσιεύθηκαν στο Nature το 2003.
Η σύνθεση ενός πλανήτη αντικατοπτρίζει τα στοιχεία που τον σχημάτισαν και προηγούμενες έρευνες διαπίστωσαν ότι ίχνη ηλίου-3 που «στάζουν» από τον πυρήνα της Γης υποστηρίζουν τη δημοφιλή θεωρία ότι ο πλανήτης μας προήλθε από ένα ηλιακό νεφέλωμα -ένα νέφος αερίων και σκόνης που πιθανότατα κατέρρευσε λόγω του ωστικού κύματος ενός κοντινού σουπερνόβα- το οποίο περιείχε το στοιχείο.
Ο Χόρτον και οι συνάδελφοί του προχώρησαν τη θεωρία ένα βήμα παραπέρα όταν διεξήγαγαν έρευνα στη νήσο Μπάφιν το 2018, μελετώντας τη λάβα που εξερράγη όταν η Γροιλανδία και η Βόρεια Αμερική χωρίστηκαν, πριν από εκατομμύρια χρόνια, δημιουργώντας χώρο για έναν νέο θαλάσσιο πυθμένα. Ήθελαν να ερευνήσουν τα πετρώματα που μπορεί να περιέχουν πληροφορίες σχετικά με το περιεχόμενο που είναι κλειδωμένο μέσα στον πυρήνα και τον μανδύα της Γης, το κυρίως στερεό στρώμα του εσωτερικού της Γης που βρίσκεται κάτω από την επιφάνειά της.
Οι ερευνητές ταξίδεψαν με ελικόπτερο για να φτάσουν στο απομακρυσμένο, απόκοσμο τοπίο του νησιού, όπου οι ροές λάβας έχουν σχηματίσει πανύψηλους βράχους. Γιγάντια παγόβουνα επιπλέουν και πολικές αρκούδες παραμονεύουν στην ακτογραμμή. Τοπικές οργανώσεις, όπως η Ένωση των Ινουίτ Qikiqtani και το Ινστιτούτο Ερευνών Nunavut, παρείχαν στους ερευνητές πρόσβαση, συμβουλές και προστασία από τις αρκούδες.
″Αυτή η περιοχή στο νησί Μπάφιν έχει ιδιαίτερη σημασία τόσο ως ιερά εδάφη για τις τοπικές κοινότητες όσο και ως επιστημονικό παράθυρο στο βάθος της Γης”, είπε ο Χόρτον.
Τα πετρώματα της Αρκτικής που εξέτασαν ο Χόρτον και η ομάδα του αποκάλυψαν εκπληκτικά υψηλότερες μετρήσεις ηλίου-3 και ηλίου-4 από ό,τι είχε αναφερθεί από προηγούμενες έρευνες, και οι μετρήσεις διέφεραν μεταξύ των δειγμάτων που συνέλεξαν.
«Πολλές από τις λάβες είναι γεμάτες από φωτεινή ελαιπράσινη ολιβίνη (μία διαφανής πράσινη ποικιλία του είναι το περίδοτο ), οπότε το σπάσιμο φρέσκων κομματιών με ένα σφυρί για βράχους ήταν τόσο συναρπαστικό όσο το σπάσιμο των γεωδίων όταν ήμουν παιδί: κάθε βράχος ήταν ένας θησαυρός που έπρεπε να ανακαλυφθεί», δήλωσε ο Χόρτον. «Και τι επιστημονικοί θησαυροί αποδείχθηκαν!»
Μόνο περίπου ένα άτομο ηλίου-3 υπάρχει για κάθε εκατομμύριο άτομα ηλίου-4, δήλωσε ο Χόρτον. Η ομάδα μέτρησε περίπου 10 εκατομμύρια άτομα ηλίου-3 ανά γραμμάριο κρυστάλλων ολιβίνης.
«Οι υψηλές μετρήσεις μας 3He/4He υποδηλώνουν ότι τα αέρια, που πιθανώς κληρονομήθηκαν από το ηλιακό νεφέλωμα κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του ηλιακού συστήματος, διατηρούνται καλύτερα στη Γη από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως», είπε.
Ιχνηλατώντας την ιστορία της Γης
Πώς όμως κατέληξε το ήλιο-3 στα πετρώματα;
Η απάντηση μπορεί να ξεκινάει από την εποχή της μεγάλης έκρηξης, η οποία, όταν δημιούργησε το σύμπαν, απελευθέρωσε επίσης άφθονο υδρογόνο και ήλιο. Τα στοιχεία αυτά ενσωματώθηκαν με την πάροδο του χρόνου στο σχηματισμό των γαλαξιών.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το ηλιακό μας σύστημα σχηματίστηκε πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια μέσα σε ένα ηλιακό νεφέλωμα. Καθώς το σύννεφο σκόνης κατέρρευσε από ένα κοντινό γεγονός υπερκαινοφανούς αστέρα, το υλικό που προέκυψε σχημάτισε έναν περιστρεφόμενο δίσκο που τελικά γέννησε τον ήλιο μας και τους πλανήτες, σύμφωνα με τη NASA.
Το ήλιο που κληρονομήθηκε από το ηλιακό νεφέλωμα πιθανότατα εγκλωβίστηκε στον πυρήνα της Γης καθώς σχηματίστηκε ο πλανήτης, καθιστώντας τον πυρήνα μια δεξαμενή ευγενών αερίων. Καθώς το ήλιο-3 διέρρεε από τον πυρήνα, ανέβηκε στην επιφάνεια μέσω του μανδύα με τη μορφή πίδακα μάγματος που τελικά εξερράγη στο νησί Μπάφιν.
«Κατά τη διάρκεια της έκρηξης, η συντριπτική πλειονότητα των αερίων του μάγματος διέφυγε στην ατμόσφαιρα», δήλωσε ο Χόρτον. «Μόνο οι κρύσταλλοι ολιβίνης που αναπτύχθηκαν πριν από την έκρηξη παγίδευσαν και διατήρησαν το ήλιο από το βάθος της Γης».
Η νέα έρευνα υποστηρίζει την ιδέα ότι το ήλιο-3 διαρρέει από τον πυρήνα της Γης και διαρρέει εδώ και αρκετό καιρό, αλλά οι ερευνητές δεν είναι απολύτως σίγουροι πότε ξεκίνησε αυτή η διαδικασία.
«Οι λάβες είναι ηλικίας περίπου 60 εκατομμυρίων ετών και η άνοδος του πλουμίου του μανδύα διήρκεσε ίσως δεκάδες εκατομμύρια χρόνια», δήλωσε ο Χόρτον. «Συνεπώς, το ήλιο που μετρήσαμε σε αυτά τα πετρώματα θα είχε διαφύγει από τον πυρήνα ίσως πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια ή ενδεχομένως πολύ νωρίτερα».
Το ήλιο που στάζει από τον πυρήνα της Γης δεν επηρεάζει τον πλανήτη μας ούτε έχει αρνητικές επιπτώσεις, είπε. Το ευγενές αέριο δεν αντιδρά χημικά με την ύλη, οπότε δεν θα έχει αντίκτυπο στην ανθρωπότητα ή το περιβάλλον.
Πηγή: CNN